Procedimiento y dispositivo para medir, probar y/o monitorizar el rendimiento de una turbina.
Procedimiento de monitorización del estado de una turbina, que comprende las etapas de:
- determinar una primera característica de potencia de salida de no red de la turbina;
- permitir a la turbina funcionar durante una cantidad de tiempo;
- determinar una nueva característica de potencia de salida de no red de la turbina, y
- comparar la nueva característica de potencia de salida de no red de la turbina con la característica de potencia de salida no neta inicial, en donde las diferencias en las características de potencia de salida no netas dan indicaciones acerca de la condición de la turbina.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/050186.
Solicitante: SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V..
Nacionalidad solicitante: Países Bajos.
Dirección: CAREL VAN BYLANDTLAAN 30 2596 HR THE HAGUE PAISES BAJOS.
Inventor/es: HABETS,Gilbert Lucien Gertrud Marie.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D7/04 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p. ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p. ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › Control automático; Regulación.
- G01M15/14 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01M ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS O ESTRUCTURAS; ENSAYO DE ESTRUCTURAS O APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › G01M 15/00 Ensayos de motores. › Ensayo de motores de turbinas de gas o de motores de propulsión a chorro.
PDF original: ES-2381889_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento y dispositivo para medir, probar y/o monitorizar el rendimiento de una turbina.
La presente invención se refiere a un procedimiento de monitorización del estado (rendimiento) de una turbina, tal como una turbina accionada por un fluido, por ejemplo una turbina impulsada por viento o líquido. En otro aspecto, la invención se refiere a un sistema de turbina.
Es necesario inspeccionar regularmente una turbina para reducir la posibilidad de experimentar un fallo inesperado. La frecuencia de la inspección de la turbina se determina generalmente por el requerimiento de que debe ser tal como se requiere para mantener el equipo y para asegurar su función operativa. Normalmente se recomienda una frecuencia de una vez por año.
Las turbinas hidráulicas pueden ser utilizadas para expandir el gas natural licuado desde una presión elevada (típicamente entre 40 bar y 150 bar) hasta aproximadamente la presión atmosférica. Puesto que las velocidades de flujo volumétrico del gas natural licuado que fluye a través de las turbinas son del orden de 500 m3/hora, el tamaño de tales turbinas es grande.
La inspección de una turbina tan grande es muy laboriosa, y asociada con este tipo de inspección hay una pérdida de producción de gas natural licuado. Por otro lado, existen grandes consecuencias asociadas con un fallo de un componente de dicha turbina.
Por lo tanto hay una necesidad de un procedimiento simple de vigilancia del estado de una turbina, que se traduce en una valoración cualitativa de la condición. Con la base en esta evaluación, se puede evaluar si la inspección se justifica.
En un aspecto, la invención proporciona un procedimiento de vigilancia del estado de una turbina, que comprende las etapas de:
- determinar una característica de potencia de salida inicial no neta de la turbina;
- permitir que la turbina funcione durante una cantidad de tiempo;
- determinar una nueva característica de potencia de salida no neta de la turbina, y
- comparar la nueva característica de potencia de salida no neta de la turbina con la característica de potencia de salida inicial no neta de la turbina, en donde las diferencias en las características de potencia de salida no netas dan indicaciones acerca de la condición de la turbina.
En otro aspecto de la invención, proporciona un sistema de turbina que comprende:
- una turbina accionable por un flujo de fluido, teniendo dicha turbina un eje de salida al que suministra una potencia de salida durante la operación;
- medios de medición dispuestos en la turbina para medir los parámetros de funcionamiento de la turbina;
- una unidad de vigilancia para vigilar la condición del tren de turbina, cuya unidad de vigilancia está conectada a los medios de medición, dicha unidad de vigilancia comprende una memoria en la que se almacena una característica de potencia de salida no neta inicial de la turbina, así como medios informáticos para calcular una nueva característica de potencia de salida no neta de la turbina-tren generador basada en los parámetros operativos medidos, y un comparador para comparar la nueva característica de potencia de salida no neta con la nueva característica de potencia de salida no neta.
La invención se ilustrará ahora con más detalle, y a modo de ejemplo y con referencia a realizaciones y los dibujos, en los cuales:
La figura 1 muestra esquemáticamente curvas sin carga en un diagrama de flujo de tipo cabeza de una turbina;
La figura 2 muestra esquemáticamente una característica de rendimiento de una turbina hidráulica típica funcionando a velocidad variable;
La figura 3 muestra esquemáticamente un ejemplo típico de una característica sin carga en tres dimensiones;
La figura 4 muestra esquemáticamente la característica sin carga de la figura 3 en dos dimensiones (flujo sin carga y cabeza sin carga) con una curva de entrada de potencia de intersección;
La figura 5 muestra esquemáticamente una característica sin carga para la relación entre la velocidad sin carga y el flujo sin carga;
La figura 6 ilustra el mejor punto de rendimiento de la turbina hidráulica con respecto a la característica sin carga;
La figura 7 muestra esquemáticamente una característica sin carga en dos dimensiones (flujo de masa sin carga vs. cabeza sin carga) para un fluido de dos fases y para un líquido de fase única;
La figura 8 muestra esquemáticamente una característica sin carga en dos dimensiones (flujo de masa sin carga vs. velocidad de la turbina sin carga) para un fluido de dos fases y para un líquido de fase única;
La figura 9 ilustra la determinación de una cabeza clasificada por medio de una característica sin carga y una característica de no velocidad de la turbina;
La figura 10 muestra esquemáticamente una realización preferida de un dispositivo para medir un par de eje para determinar una característica de no velocidad de una turbina;
La figura 11 muestra esquemáticamente otra realización preferida de un dispositivo para medir un par de eje para determinar una característica de no velocidad de una turbina;
La figura 12a muestra esquemáticamente otra realización preferida de un dispositivo para medir un par de eje para determinar una característica de no velocidad de una turbina utilizando una placa;
Figura 12b muestra esquemáticamente una vista desde arriba de la placa;
La figura 13 muestra esquemáticamente una representación esquemática de un sistema de turbina de acuerdo con la invención;
La figura 14 muestra esquemáticamente otra representación esquemática de un sistema de turbina de acuerdo con la invención;
La figura 15 muestra esquemáticamente una disposición típica de una turbina eólica;
La Figura 15a muestra esquemáticamente un detalle de la figura. 15, y La figura 16 muestra una representación esquemática de la optimización de activos operativos.
En esta memoria se describen procedimientos y dispositivos para medir (de forma fiable y precisa) un conjunto de datos que pueden ser utilizados para probar, operar y vigilar el rendimiento de las turbinas. Ambos términos "rendimiento" y "condición" de una turbina se utilizan indistintamente en la especificación y las reivindicaciones.
Los procedimientos y dispositivos descritos son aplicables a todos los tipos de turbinas que están energizadas por un flujo de fluido en la entrada y que convierten la energía de este flujo de entrada en energía de rotación que se puede utilizar desde el eje, y puede ser utilizado para determinar el rendimiento de la turbina y/o para determinar el mejor flujo de eficiencia para el funcionamiento de la turbina.
En un aspecto, se propone un procedimiento de vigilancia del estado de una turbina, que comprende las etapas de determinar una característica de potencia de salida no neta inicial, permitiendo que la turbina funcione durante una cantidad de tiempo, determinar nueva característica de potencia de salida no neta y comparar la nueva característica de potencia de salida no neta con la característica de potencia de salida inicial no neta, en donde las diferencias en las características de potencia de salida no netas dan indicaciones acerca de la condición de la turbina.
En base a dichas diferencias, puede ser determinada la condición de la turbina. Por lo tanto se puede hacer una evaluación cualitativa de la condición de la turbina, que puede ser utilizada para evaluar la necesidad de inspeccionar físicamente la turbina.
Así, la característica de potencia de salida no neta inicial se utiliza como una característica de referencia, o una característica de verificación, de la turbina en cuestión. Una ventaja de este procedimiento es que cualquier nueva característica de potencia de salida no neta (en adelante también puede ser denominada "curva de potencia de salida no neta" de la turbina) se compara así con una característica de referencia fija o característica de verificación en la forma de la característica de potencia de salida no neta inicial (por ejemplo, sin carga) .
Las características de potencia de salida no netas se pueden obtener en la forma de una característica sin carga o una característica sin velocidad. Una característica sin carga idealmente se refiere a una condición en la que la turbina se hace funcionar a un par de cero.... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Procedimiento de monitorización del estado de una turbina, que comprende las etapas de:
- determinar una primera característica de potencia de salida de no red de la turbina;
- permitir a la turbina funcionar durante una cantidad de tiempo;
- determinar una nueva característica de potencia de salida de no red de la turbina, y
- comparar la nueva característica de potencia de salida de no red de la turbina con la característica de potencia de salida no neta inicial, en donde las diferencias en las características de potencia de salida no netas dan indicaciones acerca de la condición de la turbina.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que también comprende además la etapa de determinar el rendimiento de la turbina para un modo de funcionamiento cuando la turbina produce energía neta sobre la base de las características de potencia de salida no netas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la determinación de la característica potencia de salida no neta inicial comprende:
- medir uno o más parámetros característicos de rendimiento, seleccionados a partir del flujo (QO, QN) , velocidad de la turbina (NO) y/o la cabeza (HO, HN) , o cualquier combinación de éstos, de la turbina en un modo de funcionamiento cuando la turbina produce una potencia de salida no neta;
- producir la característica de verificación potencia de salida no neta de la turbina sobre la base de uno o más parámetros de rendimiento de las características medidos.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la determinación de la nueva característica de potencia de salida no neta para la turbina comprende:
- medir uno o más parámetros de rendimiento característicos, seleccionado a partir del flujo (QO, QN) , velocidad de la turbina (NO) y/o la cabeza (HO, HN) , o cualquier combinación de éstos, de la turbina en el modo de funcionamiento cuando la turbina produce una potencia de salida no neta;
- producir la característica de potencia de salida no neta de la turbina sobre la base de uno o más parámetros característicos de rendimiento medidos.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que también comprende la etapa de determinar la condición de la turbina sobre la base de las diferencias entre la nueva característica de potencia de salida no neta y la característica de potencia de salida no neta inicial.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha cantidad de tiempo durante la cual se permite a la turbina funcionar es una cantidad de tiempo predeterminada.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las características de potencia de salida no neta a ciertos intervalos de tiempo son determinadas con el fin de vigilar el rendimiento de la turbina en el tiempo.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las características de potencia de salida no netas se determina mientras que la turbina se opera en una condición de no carga bajo los valores de entrada conocidos para el flujo, la cabeza, la energía hidráulica y las propiedades del fluido durante la medición del uno o más parámetros de rendimiento.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las características de potencia de salida no netas se determinan mientras que la turbina se opera en una condición de no velocidad, mientras que es sometida a los valores de entrada conocidos para el flujo, la cabeza, la energía hidráulica y las propiedades del fluido durante la medición de los parámetros de rendimiento.
10. Procedimiento según la reivindicación 8, que también comprende:
- determinar un punto de intersección entre la característica de no carga medida de la turbina y una curva de entrada de potencia constante, y
- comparar el punto de intersección con un punto de intersección de referencia entre una característica de no carga anteriormente medida de la turbina y la curva de entrada de potencia constante para determinar si las pérdidas hidráulicas han aumentado o disminuido.
11. Sistema de turbina, que comprende:
- una turbina accionable por un flujo de fluido, dicha turbina tiene un eje de salida al que suministra una potencia de salida durante el funcionamiento;
- medios de medición dispuestos en la turbina para medir los parámetros de funcionamiento de la turbina;
- una unidad de vigilancia para vigilar la condición del tren de turbina, estando dicha unidad de control conectada a los medios de medición, comprendiendo dicha unidad de control una memoria en la que se almacena una característica de potencia de salida no neta inicial de la turbina, así como medios informáticos para calcular una nueva característica de potencia de salida no neta del tren de turbina-generador basado en los parámetros operativos medidos, y un comparador para comparar la nueva característica de potencia de salida no neta con la característica de potencia de salida no neta inicial.
12. Sistema de turbina según la reivindicación 11, que también comprende
- una unidad de control de la turbina conectada a la unidad de vigilancia, y dispuesta para generar señales de control para controlar el funcionamiento de la turbina;
en el que la unidad de vigilancia está adaptada para generar una o más señales representativas del funcionamiento y/o condición de la turbina que se proporcionan a la unidad de control.
13. Sistema de turbina según la reivindicación 11 ó 12, en el que la turbina está comprendido en un tren de turbinagenerador, que comprende además un generador conectado al eje de salida, para la transformación de la potencia de salida entregada por la turbina en el eje de salida en energía eléctrica.
14. Sistema de turbina según la reivindicación 11, en el que la turbina está comprendida en un tren de turbinagenerador, que comprende además un generador conectado al eje de salida, para la transformación de la potencia de salida entregada por la turbina en el eje de salida en energía eléctrica, y que comprende además
- una unidad de control de la turbina conectada a la unidad de supervisión, y dispuesta para generar señales de control para controlar el funcionamiento del tren de turbina-generador; en el que la unidad de control está adaptada para generar una o más señales representativas del funcionamiento y/o condición del tren turbinagenerador, que se proporcionan a la unidad de control.
15. Sistema de turbina según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que dichos parámetros operativos se seleccionan del grupo que consta de flujo (QO, QN) , velocidad de la turbina (NO) y cabeza (HO, HN) .
Patentes similares o relacionadas:
Aparato y procedimiento para hacer funcionar una turbina eólica en condiciones de voltaje de red de suministro bajo, del 22 de Julio de 2020, de VESTAS WIND SYSTEMS A/S: Generador de turbina eólica que incluye un rotor que tiene palas de paso variable conectadas de forma funcional a él, un generador AC para suministrar electricidad […]
Procedimiento y sistema para el control de una turbina eólica, del 15 de Julio de 2020, de Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH: Procedimiento para el control de una turbina eólica en el que, en un circuito de regulación cerrado , se determina un valor de ajuste para […]
Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica, así como instalación de energía eólica, del 1 de Julio de 2020, de Wobben Properties GmbH: Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica con un generador para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica, donde la instalación […]
Control de un sistema de turbina eólica multirrotor que usa un controlador central para calcular objetivos de control local, del 1 de Julio de 2020, de VESTAS WIND SYSTEMS A/S: Un sistema de control para un sistema de turbina eólica que comprende una pluralidad de módulos de turbina eólica montados en una estructura de soporte […]
Control de turbina eólica utilizando un controlador de señales, del 24 de Junio de 2020, de GENERAL ELECTRIC COMPANY: Un sistema de control de una turbina eólica , que comprende: un sensor configurado para proporcionar una señal indicativa de uno o más parámetros de la turbina […]
Aerogenerador con receptor de datos, del 24 de Junio de 2020, de GENERAL ELECTRIC COMPANY: Parque eólico , que comprende por lo menos dos aerogeneradores ; y un receptor que es un centro de control remoto, comprendiendo cada una de los […]
Sistema y procedimiento para controlar una corriente de secuencia negativa en un generador de un aerogenerador, del 13 de Mayo de 2020, de GENERAL ELECTRIC COMPANY: Procedimiento para controlar un sistema de corriente eléctrica conectado a una red eléctrica , presentando el sistema de corriente eléctrica […]
Disposición para la supervisión de un parque eólico, del 29 de Abril de 2020, de Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH: Disposición de una pluralidad de turbinas eólicas (11, 11a, 11b, 11c), una central de supervisión , un módulo de cálculo , un módulo […]